不鏽鋼解析（一）

如何進行環境保護？

衡美水處理為您介紹一項環境保護的專業知識——解析不鏽鋼。

一、導讀

所有金屬都和大氣中的氧氣進行反應，在表麵形成氧化膜。在普通碳鋼上形成的氧化鐵繼續進行氧化，使鏽蝕不斷擴大，最終形成孔洞。實際應用中，常將耐腐蝕的鋼稱為不鏽鋼，不鏽鋼的耐蝕性取決於鋼中所含的合金元素。

二、綜述

不鏽鋼（Stainless Steel）是不鏽耐酸鋼的簡稱，耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質或具有不鏽性的鋼種稱為不鏽鋼；而將耐化學腐蝕介質（酸、堿、鹽等化學浸蝕）腐蝕的鋼種稱為耐酸鋼。

由於兩者在化學成分上的差異而使他們的耐蝕性不同，普通不鏽鋼一般不耐化學介質腐蝕，而耐酸鋼則一般均具有不鏽性。“不鏽鋼”一詞不僅僅是單純指一種不鏽鋼，而是表示一百多種工業不鏽鋼，所開發的每種不鏽鋼都在其特定的應用領域具有良好的性能。成功的關鍵首先是要弄清用途，然後再確定正確的鋼種。和建築構造應用領域有關的鋼種通常隻有六種。它們都含有17～22%的鉻，較好的鋼種還含有鎳。添加鉬可進一步改善大氣腐蝕性，特別是耐含氯化物大氣的腐蝕。

不鏽鋼指耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質和酸、堿、鹽等化學浸蝕性介質腐蝕的鋼，又稱不鏽耐酸鋼。實際應用中，常將耐弱腐蝕介質腐蝕的鋼稱為不鏽鋼，而將耐化學介質腐蝕的鋼稱為耐酸鋼。由於兩者在化學成分上的差異，前者不一定耐化學介質腐蝕，而後者則一般均具有不鏽性。不鏽鋼的耐蝕性取決於鋼中所含的合金元素。

三、曆史起源

不鏽鋼的發明和使用，要追溯到第一次世界大戰時期。英國科學家亨利·布雷爾利受英國政府軍部兵工廠委托，研究武器的改進工作。那時，士兵用的步槍槍膛極易磨損，布雷爾利想發明一種不易磨損的合金鋼。

布雷爾利發明的不鏽鋼於1916年取得英國專利權並開始大量生產，至此，從垃圾堆中偶然發現的不鏽鋼便風靡全球，亨利·布雷爾利也被譽為“不鏽鋼之父”。第一次世界大戰時，英國在戰場上的槍支，總是因槍膛磨損不能使用而運回後方。軍工生產部門命令布雷爾利研製高強度耐磨合金鋼，專門研究解決槍膛的磨損問題。布雷爾利和其助手搜集了國內外生產的各種型號的鋼材，各種不同性質的合金鋼，在各種不同性質的機械上進行性能實驗，然後選擇出較為適用的鋼材製成槍枝。一天，他們實驗了一種含大量鉻的國產合金鋼，經耐磨實驗後，查明這種合金並不耐磨，說明這不能製造槍支，於是，他們記錄下實驗結果，往牆角一扔了事。幾個月後的一天，一位助手拿著一塊鋥光瓦亮的鋼材興衝衝跑來對布雷爾利說：“先生，這是我在清理倉庫時發現的毛拉先生送來的合金鋼，您是否實驗一下，看它到底有什麽特殊作用！”“好！”布雷爾利看著光亮耀眼的鋼材，高興地說。

實驗結果證明：它是一塊不怕酸、堿、鹽的不鏽鋼。這種不鏽鋼是德國的毛拉在1912年發明的，然而，毛拉卻並不知道這種不鏽鋼有什麽用途。

布雷爾利心裏盤算道：“這種不耐磨卻耐腐蝕的鋼材，不能製槍枝，是否可以做餐具呢？”他說幹就幹，動手製作了不鏽鋼的水果刀、叉、勺、果盤及折疊刀等。

四、主要類型

不鏽鋼常按組織狀態分為：馬氏體鋼、鐵素體鋼、奧氏體鋼、奧氏體-鐵素體（雙相）不鏽鋼及沉澱硬化不鏽鋼等。另外，可按成分分為：鉻不鏽鋼、鉻鎳不鏽鋼和鉻錳氮不鏽鋼等。還有用於壓力容器用的專用不鏽鋼《GB24511_2009_承壓設備用不鏽鋼鋼板及鋼帶》。

1、鐵素體不鏽鋼

含鉻15%～30%。其耐蝕性、韌性和可焊性隨含鉻量的增加而提高，耐氯化物應力腐蝕性能優於其他種類不鏽鋼，屬於這一類的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25，Cr25Mo3Ti、Cr28等。鐵素體不鏽鋼因為含鉻量高，耐腐蝕性能與抗氧化性能均比較好，但機械性能與工藝性能較差，多用於受力不大的耐酸結構及作抗氧化鋼使用。這類鋼能抵抗大氣、硝酸及鹽水溶液的腐蝕，並具有高溫抗氧化性能好、熱膨脹係數小等特點，用於硝酸及食品工廠設備，也可製作在高溫下工作的零件，如燃氣輪機零件等。

2、奧氏體不鏽鋼

含鉻大於18%，還含有 8%左右的鎳及少量鉬、鈦、氮等元素。綜合性能好，可耐多種介質腐蝕。奧氏體不鏽鋼的常用牌號有1Cr18Ni9、0Cr19Ni9等。0Cr19Ni9鋼的Wc<0.08%，鋼號中標記為“0”。這類鋼中含有大量的Ni和Cr，使鋼在室溫下呈奧氏體狀態。這類鋼具有良好的塑性、韌性、焊接性、耐蝕性能和無磁或弱磁性，在氧化性和還原性介質中耐蝕性均較好，用來製作耐酸設備，如耐蝕容器及設備襯裏、輸送管道、耐硝酸的設備零件等，另外還可用作不鏽鋼鍾表飾品的主體材料。奧氏體不鏽鋼一般采用固溶處理，即將鋼加熱至1050～1150℃，然後水冷或風冷，以獲得單相奧氏體組織。

3、奧氏體 - 鐵素體雙相不鏽鋼

兼有奧氏體和鐵素體不鏽鋼的優點，並具有超塑性。奧氏體和鐵素體組織各約占一半的不鏽鋼。在含C較低的情況下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些鋼還含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不鏽鋼的特點，與鐵素體相比，塑性、韌性更高，無室溫脆性，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，同時還保持有鐵素體不鏽鋼的475℃脆性以及導熱係數高，具有超塑性等特點。與奧氏體不鏽鋼相比，強度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應力腐蝕有明顯提高。雙相不鏽鋼具有優良的耐孔蝕性能，也是一種節鎳不鏽鋼。

4、沉澱硬化不鏽鋼

基體為奧氏體或馬氏體組織，沉澱硬化不鏽鋼的常用牌號有04Cr13Ni8Mo2Al等。其能通過沉澱硬化（又稱時效硬化）處理使其硬（強）化的不鏽鋼。

5、馬氏體不鏽鋼

強度高，但塑性和可焊性較差。馬氏體不鏽鋼的常用牌號有1Cr13、3Cr13等，因含碳較高，故具有較高的強度、硬度和耐磨性，但耐蝕性稍差，用於力學性能要求較高、耐蝕性能要求一般的一些零件上，如彈簧、汽輪機葉片、水壓機閥等。這類鋼是在淬火、回火處理後使用的。鍛造、衝壓後需退火。

6、承壓設備用不鏽鋼鋼板及鋼帶

壓力容器專用不鏽鋼，其分類和代號、尺寸、外形及允許偏差、技術要求、試驗方法、檢驗規則、包裝、標誌及產品質量證明書等有明確要求。常用牌號有06Cr19Ni10、022Cr17Ni12Mo2數字代號為：S30408、S31603等。主要用於食品機械、製藥機械等衛生級設備。

五、主要特性

1、焊接性

產品用途的不同對焊接性能的要求也各不相同。一類餐具對焊接性能一般不做要求，甚至包括部分鍋類企業。但是絕大多數產品都需要原料焊接性能好，像二類餐具、保溫杯、鋼管、熱水器、飲水機等。

2、耐腐蝕性

絕大多數不鏽鋼製品要求耐腐蝕性能好，像一、二類餐具、廚具、熱水器、飲水機等，有些國外商人對產品還做耐腐蝕性能試驗：用NACL水溶液加溫到沸騰，一段時間後倒掉溶液，洗淨烘幹，稱重量損失，來確定受腐蝕程度（注意：產品拋光時，因砂布或砂紙中含有Fe的成分，會導致測試時表麵出現鏽斑）

3、拋光性能

當今社會不鏽鋼製品在生產時一般都經過拋光這一工序，隻有少數製品如熱水器、飲水機內膽等不需要拋光。因此這就要求原料的拋光性能很好。

影響拋光性能的因素主要有以下幾點：

（1）原料表麵缺陷。如劃傷、麻點、過酸洗等。

（2）原料材質問題。硬度太低，拋光時就不易拋亮（BQ性不好），而且硬度太低，在深拉伸時表麵易出現桔皮現象，從而影響BQ性。硬度高的BQ性相對就好。

（3）經過深拉伸的製品，變形量極大的區域表麵也會出小的黑點和RIDGING，從而影響BQ性。

4、耐熱性能

耐熱性能是指高溫下不鏽鋼仍能保持其優良的物理機械性能。

碳的影響：碳在奧氏體不鏽鋼中是強烈形成並穩。定奧氏體且擴大奧氏體區的元素。碳形成奧氏體的能力約為鎳的30倍，碳是一種間隙元素，通過固溶強化可顯著提高奧氏體不鏽鋼的強度。碳還可提高奧氏體不鏽鋼在高濃氯化物（如42%MgCl2沸騰溶液）中的耐應力耐腐蝕的性能。

但是，在奧氏體不鏽鋼中，碳常常被視為有害元素，這主要是由於在不鏽鋼的耐蝕用途中的一些條件下（比如焊接或經450~850℃加熱），碳可與鋼中的鉻形成高鉻的Cr23C6型碳化合物從而導致局部鉻的貧化，使鋼的耐蝕性特別是耐晶間腐蝕性能下降。因此。60年代以來新發展的鉻鎳奧氏體不鏽鋼大都是碳含量小於0.03%或0.02%超低碳型的，可以知道隨著碳含量降低，鋼的晶間腐蝕敏感性降低，當碳含量低於0.02%才具有最明顯的效果，一些實驗還指出，碳還會增大鉻奧氏體不鏽鋼的點腐蝕分傾向。由於碳的有害作用，不僅在奧氏體不鏽鋼冶煉過程中應按要求控製盡量低的碳含量，而且在隨後的熱、冷加工和熱處理等過程中也在防止不鏽鋼表麵增碳，避免鉻的碳化物析出。

5、耐腐蝕性

當鋼中鉻量原子數量不低於12.5%時，可使鋼的電極電位發生突變，由負電位升到正的電極電位。阻止電化學腐蝕。

五、結構成分

不鏽鋼的耐蝕性隨含碳量的增加而降低，因此，大多數不鏽鋼的含碳量均較低，最大不超過1.2%，有些鋼的ωc（含碳量）甚至低於0.03%（如00Cr12）。不鏽鋼中的主要合金元素是Cr（鉻），隻有當Cr含量達到一定值時，鋼材有耐蝕性。因此，不鏽鋼一般Cr（鉻）含量至少為10.5%。不鏽鋼中還含有Ni、Ti、Mn、N、Nb、Mo、Si、Cu等元素。

六、製作材料

各產品由於用途的不同，其加工工藝和原料的品質要求也不同。一般來說不鏽鋼製品的不同，其要求原料厚度公差也各不相同，象二類餐具和保溫杯等，厚度公差一般要求較高，為-3~5%，而一類餐具厚度公差一般要求-5%，鋼管類要求-10%，賓館用冷櫃用材厚度公差要求為-8%，經銷商對厚度公差的要求一般在-4%~6%間。同時產品內外銷的不同也會導致客戶對原料厚度公差要求的不同。一般出口產品客戶的厚度公差要求較高，而內銷企業對厚度公差要求相對較低（大多出於成本方麵考慮），部分客戶甚至要求-15%。

1、DDQ（deep drawing quality）材：是指用於深拉（衝）用途的材料，也就是大家所說的的軟料，這種材料的主要特點是延伸率較高（≧53%），硬度較低（≦170%），內部晶粒等級在7.0~8.0之間，深衝性能極佳。許多生產保溫瓶、鍋類的企業，其產品的加工比（BLANKING SIZE/製品直徑）一般都比較高，它們的加工比分別達3.0、1.96、2.13、1.98。SUS304DDQ用材主要就是用於這些要求較高加工比的產品，當然加工比超過2.0的產品一般都需經過幾道次的拉伸才能完成。如果原料延伸方麵達不到的話，在加工深拉製品時產品極易產生裂紋、拉穿的現象，影響成品合格率，當然也就加大了廠家的成本；

2、一般材：主要用於除了DDQ用途外的材料，這種材料的特點是延伸率相對較低（≧45%），而硬度相對較高（≦180HB），內部晶粒度等級在8.0~9.0間，與DDQ用材比較，它的深衝性能相對稍差，它主要用於不需伸拉就能得到的製品，象一類餐具的勺、匙、叉、電器用具、鋼管用途等。但它與DDQ材相比有一個優點，就是BQ性相對較好，這主要是由於它的硬度稍高的緣故。

不鏽鋼薄板是一種價格不高的材料，但是客戶對它的表麵質量要求非常高。不鏽薄板在生產過程中不可避免會出現各種缺陷，如劃傷、麻點、沙孔、暗線、折痕、汙染等，從而其表麵質量，象劃傷、折痕等這些缺陷是高級材不允許出現的，而麻點、沙孔這種缺陷在勺、匙、叉、製作時也是決不允許的，因為拋光時很難拋掉它。需要根據表麵各種缺陷出現的程度和頻率，來確定其表質量等級，從而來確定產品等級。

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